[发明专利]二维光子晶体平板、设计方法及利用此平板的光器件

权利要求书

1.一种二维光子晶体平板，包括上包层、下包层和位于所述上包层和所述下包层之间的二维光子晶体核心层，其中

所述二维光子晶体核心层为有限高的二维光子晶体，由周期排列的多个柱体和填充区域构成，所述柱体由所述二维光子晶体平板中折射率最高的材料形成，所述填充区域包围所述柱体并且由折射率低于所述柱体的折射率的材料形成，

所述下包层包括固态支撑结构，

所述二维光子晶体平板具有完全光子带隙，其位于所述上包层和所述下包层所确定的包层光线以及所述二维光子晶体平板的类TE模式的最低阶光子能带曲线的下方，并位于所述二维光子晶体平板的类TM模式的最低阶光子能带曲线上方，并且

所述有限高的二维光子晶体所对应的无限高理想二维光子晶体在TM模式的最低阶能带曲线与第二低阶能带曲线之间具有TM偏振态光子带隙。

2.如权利要求1所述的二维光子晶体平板，其中

所述无限高理想二维光子晶体不具有完全光子带隙。

3.如权利要求1所述的二维光子晶体平板，其中

所述无限高理想二维光子晶体不具有最低阶光子能带曲线与第二阶能带光子曲线形成的完全光子带隙。

4.如权利要求1所述的二维光子晶体平板，其中

所述无限高理想二维光子晶体具有不满足预定宽度要求的完全光子带隙。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的二维光子晶体平板，其中

所述二维光子晶体平板的完全光子带隙由最低阶光子能带曲线和包层光线围成的区域确定，或者由最低阶光子能带曲线、第二阶光子能带曲线和包层光线围成的区域确定。

6.如权利要求5所述的二维光子晶体平板，其中

所述最低阶光子能带曲线为所述二维光子晶体平板的类TM模式的最低阶能带曲线，并且

所述第二阶光子能带曲线为所述二维光子晶体平板的类TM模式的第二低阶光子能带曲线，或者为所述二维光子晶体平板的类TE模式的最低阶能带曲线，或者由所述二维光子晶体平板的类TE模式的最低阶能带曲线的一部分和类TM模式的第二低阶光子能带曲线的一部分形成。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的二维光子晶体平板，其中

形成所述二维光子晶体平板的材料的最大折射率比低于2.4。

8.如权利要求1至4中的任一项所述的二维光子晶体平板，其中

所述上包层和/或所述下包层为由折射率低于所述二维光子晶体平板中最大折射率的多种材料组成的二维光子晶体包层。

9.如权利要求8所述的二维光子晶体平板，其中

所述上包层和/或所述下包层的二维光子晶体具有和所述二维光子晶体核心层相同的晶格结构，

所述下包层的二维光子晶体中的柱体半径大于或者等于所述二维光子晶体核心层的柱体半径，并且

所述上包层的二维光子晶体中的柱体半径小于或者等于所述二维光子晶体核心层的柱体半径。

10.如权利要求1至4中的任一项所述的二维光子晶体平板，其中

所述上包层和/或所述下包层为折射率低于所述二维光子晶体平板中最大折射率的材料形成的均质层。

11.一种利用如权利要求1-10中的任一项所述的二维光子晶体平板形成的光器件，所述光器件为在所述二维光子晶体平板中形成点缺陷和/或线缺陷。

12.一种设计如权利要求1-10中的任一项所述的二维光子晶体平板的方法，包括：

在预定折射率比下计算无限高理想二维光子晶体的光子能带曲线，

在所述无限高理想二维光子晶体的光子能带曲线中的最低阶TM模式与第二低阶TM模式之间具有满足第一预定宽度要求的TM光子带隙的情况下，将所述无限高理想二维光子晶体的结构参数作为所述二维光子晶体核心层的二维结构初始参数，以及

基于所述二维光子晶体核心层的二维结构初始参数，设计和优化所述二维光子晶体核心层的结构参数以及所述上包层和所述下包层的结构参数，并计算所述二维光子晶体平板的光子能带曲线，使得所述二维光子晶体平板获得满足第二预定宽度要求的完全光子带隙，且所述完全光子带隙位于所述上包层和所述下包层所确定的包层光线以及所述二维光子晶体平板的类TE模式的最低阶光子能带曲线的下方并位于所述二维光子晶体平板的类TM模式的最低阶光子能带曲线上方。